Поляризация

Виды поляризации. Волну, в которой направление колеба­ний светового вектора упорядочено каким-либо образом, на­зывают поляризованной. Если колебания вектора происходят только в одной плоскости, проходящей через луч, то мы имеем дело с плоско- (или линейно-) поляризованной волной. Плос­кость, в которой колеблется вектор , называют плоскостью поляризации (плоскостью колебаний светового вектора). Первоначально плоскость поляризации связывали с плоскостью, в которой колеблется вектор Н или В. Несмотря на то, что это устарело в некоторых учебниках до сих пор понятие «плос­кость поляризации» используется в прежнем смысле.

Другой вид поляризации заключается в том, что вектор вращается вокруг направления распространения волны одно­временно изменяясь периодически по модулю. При этом конец вектора Е описывает эллипс (в каждой точке среды). Такую волну называют эллиптически-поляризованной. Или поляризо­ванной по кругу, если конец вектора описывает окружность.

В зависимости от направления вектора различают правую и левую эллиптические (или круговые) поляризации. Если смотреть навстречу распространения волны, и вектор при этом поворачивается по часовой стрелке, то поляризацию назы­вают правой, в противном случае (если против часовой стрел­ки) — левой.

Эллиптически-поляризованная — это наиболее общий вид поляризации волны.

	Несмотря на то, что световые волны и от обычных источни­ков поперечны, они, как правило, не обнаруживают асиммет­рии по отношению к направлению распространения. Такой свет называют естественным.
Рисунок 18

Естественный свет можно представить как наложение (сум­му) двух некогерентных плоско поляризованных волн с взаимно ортогональными плоскостями поляризации, что и показано на рис. 18 справа.

Поляризаторы. Из естественного света можно получить плос-кополяризованный с помощью приборов, называемых поляриза­торами. Эти приборы свободно пропускают колебания светового вектора, параллельные плоскости, которую мы будем называть плоскостью пропускания поляризатора. Колебания же, пер­пендикулярные к этой плоскости, задерживаются полностью или частично.

Разложим на компоненты:и пусть.

Тогда

–уравнение траектории конца .

При будет– линейная поляризация.

При будет– эллиптическая поляризация. Если вдобавок, то поляризация круговая.

Поляризатор пропускает все волны, вектор в которых колеблется в определённом направлении (например,). Тогда, если, тои, т.к..

– закон Малюса.

Степень поляризации. Помимо плоскополяризованного и ес­тественного света существует еще «промежуточный» случай — частично-поляризованный свет. Его можно рассматривать как сумму естественной (ест) и плоскополяризованной (пол) составляющих, как показано на этом рисунке 19 справа.

	Частично поляризован­ный свет характеризуют степенью по­ляризации Р, которую определяют как
Рисунок 19

.

Здесь и— максимальная и минимальная интенсивность перпендикулярных составляющих световой волны;- интенсивность поляризованной составляющей,— суммарная интенсивность неполяризованной и поляризованной составляющих.

О деполяризации. Иногда возникает обратная задача: поляризован­ный свет превратить в естественный, т. е. неполяризованный. Это можно достигнуть пропуская поляризованный свет через слой мелко истолченного стекла или кальку.

. Поляризация при отражении и преломлении

Закон Брюстера. Если угол падения естественного света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков отличен от нуля, то отражен ный и преломленный пучки оказываются частично­поляризованными.

В отраженном свете преобладают ко­лебания вектора , перпендикулярные к плоскости падения, а в преломленном свете — параллельные плоскости падения. В пользу такого хода лучей можно привести граничные условия для тангенциальных составляющих напряженностей магнитного и электрического полей. Степень поляризации обеих волн (отраженной и преломленной) зависит от угла падения. При некотором значении угла падения отраженный свет ста­новится полностью поляризованным, и его плоскость поляриза­ции (плоскость колебаний вектора ) оказывается перпендику­лярной к плоскости падения.

Рисунок 20

Этот угол удовлетворяет сле­дующему условию:

,

Данное соотношение называют законом Брюстера, а угол — углом Брюстера или углом пол­ной поляризации. Здесь п₂ /п₁ — отно­шение показателей преломления вто­рой среды и первой (рис. 20).

Можно убедиться, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно ортогональны.

Формулы Френеля:

Без вывода. Из граничных условий для напряженностей полей на границе раздела двух сред получаем

1. ;

2. ;

3. ;

4. .

Соотношение интенсивностей можно получить отсюда возведя правые части в квадрат.

Рассмотрим случай почти нормального падения, т.е. когда  и  – очень малые углы. Тогда и формулы преобразуются следующим образом:

1. ;

2. ;

3. ;

4. .

Коэффициент отражения

.

Коэффициент прохождения

.